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摘 要
?
本文對(duì)國內(nèi)外放頂煤開采技術(shù)發(fā)生歷史及現(xiàn)狀進(jìn)行了綜合闡述，對(duì)放頂煤液壓支架進(jìn)行了分類和對(duì)其各種形式研究；介紹了每種形式放頂煤液壓支架各適應(yīng)的煤層條件；并結(jié)合神東四盤區(qū)的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)適用于煤層厚度5.35-9.86，平均采高8.9米滿足頂板、地板條件的放頂煤液壓支架.形成滿足神東現(xiàn)狀的放頂煤開采技術(shù)理論。
通過對(duì)現(xiàn)有放頂煤液壓支架的分析，優(yōu)勢(shì)對(duì)比，設(shè)計(jì)出適合的結(jié)構(gòu)形式，最后對(duì)立柱、頂梁、掩護(hù)梁和底座進(jìn)行了強(qiáng)度校核計(jì)算。
關(guān)鍵字：放頂煤液壓支架；立柱；頂梁；掩護(hù)梁；底座；放煤機(jī)構(gòu)。
I
Abstract
In this paper on the domestic and foreign technology of top coal caving mining occurred history and current situation has been discussed, on the roof caving coal hydraulic support the classification and research in its various forms; introduced each kind of form of roof caving coal hydraulic support the adaptation conditions of coal seam; Shendong four disc area and combined with the status quo, designed for coal seam thickness 5.35-9.86, collect on average 8.9 meters high and meet the conditions of roof and floor of top coal caving hydraulic support. Formed to meet the Shendong status of top coal caving mining technology in theory.
Through the analysis of the existing roof caving coal hydraulic support, comparative advantages of design for the structural form, strength check and calculates the column, a top beam and a shield beam and a base at the end of paper.
Keywords: Caving hydraulic support；Column; beam; shield; base;
coal caving mechanism.
I
目 錄
1 緒論 1
1.1 放頂煤綜采法的優(yōu)缺點(diǎn) 1
1.2 放頂煤液壓支架的發(fā)展歷史 1
1.3 放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn) 2
1.4 放頂煤液壓支架的分類 2
1.5放頂煤液壓支架使用條件和適用范圍 2
1.6設(shè)計(jì)任務(wù) 3
2 支架的總體方案設(shè)計(jì) 4
2.1 支架結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì) 4
2.1.1 中反四連桿放頂煤液壓支架 4
2.1.2 中正四連桿低位放頂煤液壓支架 5
2.1.3后四連桿低位放頂煤液壓支架（擺動(dòng)式放煤支架） 6
3 液壓支架的整體設(shè)計(jì) 9
3.1液壓支架的參數(shù)確定 9
3.1.1 支架高度 9
3.1.2 支架的伸縮比 9
3.1.3 支架間距的確定 10
3.1.4 底座長(zhǎng)度的確定 11
3.2頂梁長(zhǎng)度的確定 11
3.2.1 頂梁長(zhǎng)度計(jì)算 11
3.2.2 頂梁寬度 12
3.2.3 頂梁覆蓋率 13
3.2.4支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力 13
3.3立柱位置的確定 14
3.3.1 支架立柱數(shù)的確定 14
3.3.2 支撐方式 15
3.3.3 立柱間距 15
3.3.4 立柱柱窩位置的確定 15
4 液壓支架的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
4.1 頂梁 16
4.2 立柱 17
4.3掩護(hù)梁 18
4.4 四連桿機(jī)構(gòu) 19
4.4.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用 19
4.4.2四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征 19
4.4.3用幾何作圖法來設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu) 19
4.5 底座 24
4.6側(cè)護(hù)板 25
4.7 千斤頂 26
4.7.1 推移千斤頂 26
4.7.2 平衡千斤頂 26
4.7.3 側(cè)推千斤頂 26
4.7.4.前梁千斤頂 27
4.7.5．護(hù)邦千斤頂 27
4.7.6 后推移輸送機(jī)千斤頂 27
4.8 放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 30
5 液壓支架參數(shù)的確定 32
5.1液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定 32
5.1.1支護(hù)強(qiáng)度 32
5.1.2初撐力 32
5.1.3 移架力和推溜力 33
5.1.4 支柱及相關(guān)液壓系統(tǒng)參數(shù)確定 33
6 支架強(qiáng)度校核 37
6.1強(qiáng)度條件 37
6.2 液壓支架立柱強(qiáng)度驗(yàn)算 39
6.2.1已知參數(shù) 39
6.2.2油缸穩(wěn)定性計(jì)算 39
6.2.3活塞桿的強(qiáng)度計(jì)算 40
6.2.4 缸體的強(qiáng)度計(jì)算 43
6.2.5液壓支架主要技術(shù)參數(shù) 44
6.3頂梁強(qiáng)度校核 45
6.4掩護(hù)梁的強(qiáng)度校核 51
總結(jié) 56
致 謝 57
參考文獻(xiàn) 58
附錄A 60
附錄B 65
1 緒論
1.1 放頂煤綜采法的優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)：
1 生產(chǎn)集中化程度高，大大減少了采區(qū)數(shù)目與工作面的巷道掘進(jìn)量，以及相應(yīng)的支護(hù)，維護(hù)等工作量與材料消耗。
2 依靠礦壓自動(dòng)破煤，大大減少了設(shè)備的動(dòng)力。
缺點(diǎn)：
1煤的采出率一般較分層開采時(shí)低
2 易使頂板矸石與放落的頂煤相混合，使煤的含矸率增加。
3 對(duì)防火，防塵，防瓦斯積聚的要求高。
4 受頂板和煤層特性的限制，工作面推進(jìn)速度也受一定的限制。
1.2 放頂煤液壓支架的發(fā)展歷史
20世紀(jì)80年代中期以來，綜采技術(shù)特別是放頂煤開采技術(shù)已成為我國緩傾斜，傾斜厚煤層的重要采煤方法實(shí)現(xiàn)了厚煤層采煤方法的一次技術(shù)革新達(dá)到了高產(chǎn)、高效、低耗的目的，消除了分層開采和非正規(guī)采煤方法的主要缺陷，由粗放生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨燃谢a(chǎn)。但他們對(duì)礦井地質(zhì)條件要求苛刻，實(shí)用性較差，而且所要的設(shè)備和設(shè)施投資巨大，對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜的井田大礦邊角塊段，礦井巷道保護(hù)煤柱傾角變化大的煤層以及賦存不穩(wěn)定的煤層的開采。特別是那些經(jīng)濟(jì)實(shí)力較弱的中小型煤礦和鄉(xiāng)鎮(zhèn)煤礦不但收不到良好的效果，反而是煤礦造成巨大的投資和經(jīng)濟(jì)損失，也給國家造成不可挽回的資源浪費(fèi)。
80年代以來放頂煤開采技術(shù)逐漸應(yīng)用到普采和炮采工作面采煤工藝中，同時(shí)也是對(duì)高落式采煤法的發(fā)展與完善，從而形成了一系列不同的支護(hù)方式的普通放頂煤開采技術(shù)，如懸移支架放頂煤、滑移支架放頂煤、網(wǎng)格式放頂煤，特別是單體支柱放頂煤他對(duì)于地質(zhì)條件和經(jīng)濟(jì)實(shí)力上不適宜采用綜采放頂煤開采的中小型煤礦是較為合理的采煤技術(shù)。如陜、魯、黑、遼、晉、冀中小型煤礦都采用了該項(xiàng)采煤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)、高效、低耗、低投入、低成本的目標(biāo)，取得了良好的技術(shù)效果和顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
1.3 放頂煤液壓支架結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)
1 一般采用整體性，穩(wěn)定性及掩護(hù)性好的支撐掩護(hù)式和掩護(hù)式液壓支架。
2 有較寬敞，便于控制的放煤口以及松動(dòng)，破碎煤塊的輔助裝置。
3 支架受上部頂板和頂煤放落時(shí)的動(dòng)載影響較大，因此要求支架縱向和側(cè)向穩(wěn)定性較高。
1.4 放頂煤液壓支架的分類
放頂煤液壓支架可分為以下兩類：
第一種為掩護(hù)尾梁插板式放頂煤液壓支架，其結(jié)構(gòu)形式為支撐掩護(hù)式，在掩護(hù)尾梁后部帶插板，按四連桿機(jī)構(gòu)可分為正和反兩類。
第二種為落煤窗口式放頂煤液壓支架按結(jié)構(gòu)形式可分為掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式，按輸送機(jī)的臺(tái)數(shù)可分為單輸送機(jī)和雙輸送機(jī)兩類，按窗口的設(shè)置位置可分為水平窗口和傾斜窗口兩類。
1.5放頂煤液壓支架使用條件和適用范圍
主要根據(jù)煤層條件和采煤工藝來選型。
1、煤層地質(zhì)條件
采用放頂煤開采法應(yīng)考慮如下條件：
煤的自燃發(fā)火期要長(zhǎng)，要在三個(gè)月以上，而且要有完善的預(yù)防發(fā)火的措施，要在煤自燃之前采完一個(gè)采面，并創(chuàng)造隔絕封閉的條件使災(zāi)區(qū)不會(huì)波及鄰區(qū)鄰層。
煤層節(jié)理要發(fā)育，易破碎冒落，便于放煤。對(duì)于有大面積懸頂和冒落時(shí)間過長(zhǎng)的煤層不要選用放頂煤液壓支架，否則會(huì)大面積損壞支架。
頂板條件應(yīng)為破碎頂板或中等穩(wěn)定頂板。能隨頂煤的冒落是頂板隨之下沉破裂至冒落。
沿傾斜方向推進(jìn)時(shí)，煤層傾角應(yīng)小于15°避免仰采，因?yàn)檠霾梢自斐杉芮俺榭?，工作面不易維修。
急傾斜特厚煤層水平分段放頂煤開采時(shí)階段高一般為8-10米煤層厚度應(yīng)大些過小易懸頂。因?yàn)楣ぷ髅孑^短，最好采用正面切割的采煤機(jī)。
放頂煤綜采工作面的長(zhǎng)度以80-100米為好
對(duì)于軟媒和易破碎的煤層，煤層厚度在8-12米時(shí)可選用掩護(hù)尾梁插板式放頂煤液壓支架中的支撐掩護(hù)式。
2、采煤方法
對(duì)于厚度在5-20米的不均勻煤層和易燃的煤層，采用沿傾斜后退時(shí)放頂煤開采法時(shí)比較理想的。
1.6設(shè)計(jì)任務(wù)
根據(jù)已知采高5.35~9.86m、傾角5°、頂板Ⅲ類二級(jí)，一級(jí)地板。煤層頂板巖性以砂巖為主，部分區(qū)域存在偽頂，底板以砂巖為主，部分區(qū)域存在較薄的泥巖層。設(shè)計(jì)放頂煤液壓支架，使其更好的達(dá)到采煤的要求。
本章介紹了放頂煤開采法的基本以及適用范圍，并給出設(shè)計(jì)任務(wù)，設(shè)計(jì)一種滿足條件的放頂煤液壓支架。
2 支架的總體方案設(shè)計(jì)
2.1 支架結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)
放頂煤液壓支架常見的支撐方式有四柱支撐掩護(hù)式和兩柱掩護(hù)式。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，查《支護(hù)手冊(cè)》選用四柱支撐掩護(hù)式液壓支架。
通過查閱相關(guān)資料，本次設(shè)計(jì)以支撐掩護(hù)式為設(shè)計(jì)條件下設(shè)計(jì)了三種不同形式的結(jié)構(gòu)方案，分別為中反四連桿放頂煤液壓支架﹑中正四連桿放頂煤液壓支架、后四連桿放頂煤液壓支架。
2.1.1 中反四連桿放頂煤液壓支架
1采用雙前連桿和單后連桿結(jié)構(gòu)的寬形反向四連桿機(jī)構(gòu)，布置在前后立柱之間，提高支架的抗偏載能力和整體的穩(wěn)定性。
2大插板式尾梁放煤機(jī)構(gòu)，其尾梁千斤頂可雙位安裝，既可支設(shè)在頂梁上，也可只設(shè)在底座上，一般狀態(tài)是只設(shè)在頂梁上。后部放頂煤空間大，為順利放煤創(chuàng)造了良好的作業(yè)環(huán)境，可充分發(fā)揮后部輸送機(jī)的運(yùn)輸能力，操作維修方便。尾梁搬動(dòng)有利于落煤，插板伸縮值大，放煤口調(diào)節(jié)靈活，對(duì)于大煤塊的破碎能力強(qiáng)，可顯著提高頂煤的采出率。
3支架為四柱支撐掩護(hù)式支架，后排立柱支撐在頂梁與四連桿機(jī)構(gòu)鉸接點(diǎn)的后端，可適應(yīng)外載之中作用變化，切頂能力強(qiáng)。
4頂梁相對(duì)較長(zhǎng)，掩護(hù)空間較大，通風(fēng)斷面大，而且對(duì)頂板的反復(fù)支撐可使較穩(wěn)定的頂煤在礦壓作用下預(yù)先斷裂破碎，利于放煤。
5反向四連桿機(jī)構(gòu)經(jīng)過總體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，連桿力較小，是一般正向四連桿機(jī)構(gòu)連桿力的50%～70%，支架的結(jié)構(gòu)可靠性高。
6底座對(duì)底板比壓分配合理，前端比壓較小，能適應(yīng)軟底板條件，移架阻力小，有利于順利移架。
圖2-1-1中四連桿低位放頂煤液壓支架（反向）
Fig 2-1-1 four link low caving coal hydraulic support (reverse)
2.1.2 中正四連桿低位放頂煤液壓支架
在全國很多綜放工作面生產(chǎn)實(shí)踐中證明，在實(shí)踐中前排立柱受力大，后排立柱受力小，甚至出現(xiàn)后排立柱受拉的現(xiàn)象，四柱正向四連桿支撐掩護(hù)式放頂煤支架在與圍巖的相互作用中前后排立柱受力不均衡，這種狀況下，支架前端不能受太大的力，大幅度降低了液壓支架的支護(hù)能力，有效支護(hù)強(qiáng)度也大幅度減小，甚至?xí)绊懝ぷ髅娴陌踩?
圖2-1-2中四連桿低位放頂煤液壓支架（正向）
Fig 2-1-2 four link low caving coal hydraulic support (positive)
通過比較，在放煤機(jī)構(gòu)相同的情況下，因?yàn)楣ぷ鞯装遢^軟，因此反向四連桿低位放頂煤液壓支架比正向四連桿低位放頂煤液壓支架更為適合所給的條件。因此這里選擇反向四連桿低位放頂煤液壓支架機(jī)構(gòu)。
2.1.3后四連桿低位放頂煤液壓支架（擺動(dòng)式放煤支架）
1.低位放頂煤液壓支架的特點(diǎn)
低位放頂煤支架是一種雙輸送機(jī)運(yùn)煤，在掩護(hù)梁后部鉸接一個(gè)帶有插板的尾梁、低位放煤的支撐掩護(hù)式支架。這類支架有一個(gè)可以上下擺動(dòng)的尾梁，擺動(dòng)幅度在45°左右，用以松動(dòng)頂煤并維持一個(gè)落煤空間。尾梁中間有一個(gè)液壓控制的放煤插板，用以放煤和破碎大塊頂煤，具有連續(xù)的放煤口。其主要特點(diǎn)如下：
(1)由于具有連續(xù)的放煤口，放煤效果好，沒有脊背煤損失，回收率高；
(2)和其他支架相比，從煤壁到放煤口的距離最長(zhǎng)，經(jīng)過頂梁的反復(fù)支撐和在掩護(hù)梁上方的垮落，使頂煤破碎較為充分，對(duì)放煤極為有利；
(3)后輸送機(jī)沿底板布置，浮煤容易排出，移架輕快，同時(shí)尾梁插板可以切斷大塊煤使放煤口不易堵塞；
(4)低位放煤使煤塵減少；
(5)前四連桿低位放頂煤液壓支架的抗扭及抗偏載能力差，支架的穩(wěn)定性較差；
(6)尾梁擺動(dòng)力和向上的擺角較小，破煤和松動(dòng)頂煤的能力差；
這類支架的原始形式是前四連桿式，在礦壓較小的急斜水平分段開采時(shí)比較適應(yīng)，為使這種支架在緩斜長(zhǎng)壁工作面發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，幾年來作了如下的探索：
(1)把四連桿的上連接位置由頂梁上改在掩護(hù)梁上，使支架底部和上部的連接位置更接近扭轉(zhuǎn)力矩的作用點(diǎn)，增加了支架強(qiáng)度，減少了支架的損壞，形成了目前在緩斜工作面大量使用的后四連桿式低位放頂煤液壓支架。
(2)大幅度加強(qiáng)前四連桿本身以及它與頂梁、底座的聯(lián)接強(qiáng)度，這種作法增加了支架的重量，有的重達(dá)20t以上。但設(shè)計(jì)時(shí)容易實(shí)現(xiàn)加大后部運(yùn)輸空間和增加破煤能力。
(3)增大后部空間和尾梁向上擺動(dòng)的力，使其在較硬煤層中使用時(shí)也可讓頂煤順利放落和運(yùn)出，如ZFPS5200/17/32型支架尾梁端部向上擺動(dòng)力可達(dá)到500kN使用效果良好。
(4)后四連桿前連桿設(shè)計(jì)為Y型，后連桿設(shè)計(jì)為I型，增大了支架的前、后人行道的寬度并加大了后部的人員工作與維護(hù)空間。
(5)把后輸送機(jī)千斤頂耳座與底座的聯(lián)接改為活聯(lián)接，改善了運(yùn)輸狀況。在后輸送機(jī)與千斤頂之間增加了結(jié)構(gòu)件推桿，以避免后輸送機(jī)與千斤頂活塞桿彎曲并防止輸送機(jī)和支架下滑。
2.低位放頂煤液壓支架的適應(yīng)性
前四連桿式支架在急斜水平分段放頂煤綜采中取得成功，如對(duì)四連桿及有關(guān)聯(lián)接件再進(jìn)一步增加強(qiáng)度，成為定型設(shè)備，可以不考慮在急斜條件下使用后四連桿式支架。
緩斜中硬難放煤層在選型時(shí)考慮到低位放頂煤液壓支架的強(qiáng)度低，又無成功的實(shí)例，往往選用中位放頂煤液壓支架，但受到放煤口的限制，實(shí)際上也未能很好解決其放煤?jiǎn)栴}。仔細(xì)研究各類放煤支架，就會(huì)發(fā)現(xiàn)只有前四連桿式支架具備大幅度擺動(dòng)掩護(hù)梁破煤的條件。有的低位放頂煤液壓支架采取強(qiáng)化四連桿及聯(lián)接銷軸，把擺動(dòng)掩護(hù)梁的千斤頂一端布置在底座上，而不是布置在頂梁上。盡管這種架型尚無滿意的效果。但這種探索無疑是很有意義的。
后四連桿式支架在煤層硬度系數(shù)f=2左右，層節(jié)理比較發(fā)育的緩斜厚煤層中使用取得很大成功，如在潞安礦務(wù)局五陽煤礦、王莊煤礦和兗州礦務(wù)局興隆莊煤礦、鮑店煤礦。這種架型與設(shè)計(jì)先進(jìn)的過渡支架配合使用，創(chuàng)出了新水平，被廣泛推廣使用。如石炭井礦務(wù)局烏蘭礦將這種支架與過渡支架、端頭支架配套使用，在傾角為24°的工作面上取得了成功。在放煤擺動(dòng)板內(nèi)裝有可伸縮的小插板，小插板前端設(shè)有用于插煤的齒條，齒條下部有耳坐，與插板千斤頂聯(lián)接。在插板千斤頂作用下，插板伸出或收回，用于啟閉局部窗口。
圖2-1-3擺動(dòng)式放煤機(jī)構(gòu)
Fig 2-1-3 swing coal mechanism
圖2-1-4后四連桿低位放頂煤液壓支架
Fig 2-1-4 after four link low caving coal hydraulic support
前四連桿式支架和后四連桿式支架相比，前四連桿式支架穩(wěn)定性及抗扭性較差，但其后部空間較大且重量也輕。
中四連桿低位放頂煤液壓支架，其工作原理式掩護(hù)梁由鉸接在頂梁的平衡千斤頂或鉸接在底座上的千斤頂支撐。掩護(hù)梁下部有可伸縮插板，放煤時(shí)收回插板，利用千斤頂?shù)纳炜s調(diào)整放煤口進(jìn)行放煤，放煤后伸出插板擋住矸石流入后輸送機(jī)內(nèi)。這種結(jié)構(gòu)能夠滿足放煤工藝，放煤口及工作空間的要求。從支架整體設(shè)計(jì)看，其橫向穩(wěn)定性差，極易將千斤頂及其支座損壞。
后四連桿低位放頂煤液壓支架，支架后部由掩護(hù)梁，前后連桿，底座，尾梁行成工作空間，用以放煤和布置后輸送機(jī)。由尾梁及其千斤頂組成放煤機(jī)構(gòu)，操縱鉸接在掩護(hù)梁上的尾梁千斤頂，可使尾梁向上轉(zhuǎn)動(dòng)，以松動(dòng)頂煤或擋矸。向下轉(zhuǎn)動(dòng)尾梁時(shí)收回插板進(jìn)行放煤，可視情況反復(fù)多次進(jìn)行放煤。這種架型穩(wěn)定性好，有利于放煤，放煤口大，操作方便。
所以，綜合以上各種支架的原理及適用條件，通過對(duì)各種方案的分析，本次設(shè)計(jì)低位放頂煤液壓支架。
3 液壓支架的整體設(shè)計(jì)
3.1液壓支架的參數(shù)確定
3.1.1 支架高度
支架高度的確定原則，一般應(yīng)首先確定支架適用煤層的平均采高，應(yīng)根據(jù)所采煤層的厚度，采區(qū)范圍內(nèi)地質(zhì)條件的變化等因素來確定，然后確定支架高度,對(duì)于大采高支架，按下式確定計(jì)算高度，即：
（3-1）
式中 ——支架最大高度,mm；
——支架最小高度, mm；
——煤層最大采高,3700 mm；
——煤層最小采高, 3300mm；
——考慮偽頂、煤皮冒落后仍有可能初撐力所需要的支撐高度，一般取200-300mm；
——頂板最大下沉量，一般取100-200mm；
——移架時(shí)支架的最小可縮量，一般50mm；
——浮矸石、浮煤厚度，一般取50mm。
本次設(shè)計(jì)給定支架最大高度大于3950mm，最小高度小于3050mm。
3.1.2 支架的伸縮比
支架的伸縮比是指支架的最大與最小高度值之比，即：
支架的最大高度與最小高度之差為支架的調(diào)高范圍。調(diào)高范圍越大，支架適用范圍越廣，但過大的調(diào)高范圍給支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)造成困難，可靠性降低。由于液壓支架的使用壽命要求較長(zhǎng)，并可能被安裝在不同的采煤工作面，所以，支架應(yīng)具有較大的伸縮比。在采用雙伸縮立柱時(shí)，垛式支架的伸縮比為1.9；支撐掩護(hù)式支架為 2.5；掩護(hù)式支架可達(dá) 3。一般范圍是1.5 至 2.5，煤層較薄時(shí)選大值。但考慮盡量減輕重量采用單伸縮油缸或帶機(jī)械加長(zhǎng)桿來增加調(diào)高范圍。一般根據(jù)單位缸長(zhǎng)行程來確定，當(dāng)范圍內(nèi)可采用單伸縮。
由公式（3-2）得
式中 ——單位缸長(zhǎng)行程；
——活塞全部伸出時(shí)立柱的總長(zhǎng)度，mm；
——活塞全部縮回時(shí)立柱的總長(zhǎng)度，mm；
——活塞行程，mm。
由支架的最大、最小高度，可得活塞的行程為 2000mm；而活塞全部縮回時(shí)立柱的總長(zhǎng)，暫用支架的最小高度 2000mm。由（3-3）得：
支柱應(yīng)采用雙伸縮立柱，但考慮其制造成本及放頂煤液壓支架工作條件，選擇單伸縮機(jī)械加長(zhǎng)立柱。
3.1.3 支架間距的確定
支架中心距一般等于工作面刮板輸送機(jī)一節(jié)溜槽的長(zhǎng)度。目前國內(nèi)外液壓支架中心距大部分采用1.5m和1.75m。大采高支架為提高穩(wěn)定性中心距可采用1.75m，輕型支架為適應(yīng)中小煤礦工作面快速搬家的要求，中心距可采用1.25m。
而一般支架間距，按下式計(jì)算：
（3-4）
式中 ——支架間距(支架中心距)，mm；
——每架支架頂梁寬度，1200-1500mm；
——相鄰支架(或框架)頂梁之間的間隙，170 mm；
——每架所包含的組架的組數(shù)或框架數(shù)；
支架間距要根據(jù)支架型式來確定，但由于每架支架的推移千斤頂都與工作面輸送機(jī)的一節(jié)溜槽相連，因此目前主要根據(jù)輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度及槽幫上千斤頂聯(lián)結(jié)塊的位置來確定，我國刮板輸送機(jī)溜槽每節(jié)長(zhǎng)度為1.5m、1.75m,千斤頂聯(lián)結(jié)塊位置在溜槽長(zhǎng)度的中間，所以除節(jié)式和邁步式支架外，支架間距一般為1.5m或1.75m。本文取1. 5m。
3.1.4 底座長(zhǎng)度的確定
底座起將頂板壓力傳遞到底板和穩(wěn)定支架的作用。在設(shè)計(jì)支架底座的長(zhǎng)度時(shí)，應(yīng)考慮如下方面：支架對(duì)底板的接觸比壓要小；支架內(nèi)部應(yīng)有足夠的空間用于安裝立柱、液壓控制裝置、推移裝置和其他輔助裝置；便于人員操作和行走；保證支架保持穩(wěn)定性。
通常掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取3.5倍的移架步距（一個(gè)移架步距為0.6m）， 即2.1m左右，支撐掩護(hù)式支架的底座長(zhǎng)度取4倍的移架步距，即2.4m左右。
本文設(shè)計(jì)支架為支撐掩護(hù)式，估取底座長(zhǎng)度為2400mm。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中根據(jù)結(jié)構(gòu)要求修改為2800mm。
3.2頂梁長(zhǎng)度的確定
3.2.1 頂梁長(zhǎng)度計(jì)算
支架頂梁的長(zhǎng)度與配套尺寸有直接關(guān)系。同時(shí)為了防止當(dāng)采煤機(jī)向支架內(nèi)傾斜時(shí)，采煤機(jī)滾筒不截割頂梁，又考慮到采煤機(jī)截割時(shí)，不一定把煤壁截割成一個(gè)平面，所以在設(shè)計(jì)時(shí)，要求頂梁前端距煤壁最小距離為300mm，這個(gè)距離叫空頂距。另外，在輸送機(jī)鏟煤板前也留有一定的距離。一般為135～150mm，也是為了防止采煤機(jī)截割煤壁不齊，給推移輸送機(jī)留有一定距離。除此以外，所有配套設(shè)備包括采煤機(jī)和輸送機(jī)，均要在頂梁掩護(hù)下工作，以此來計(jì)算頂梁長(zhǎng)度.
頂梁全長(zhǎng)： （3-5）
（3-6）
式中：——鏟煤板鏟板到鏟壁的距離取150mm；
F——鏟煤板寬度取250mm；
G——中部槽寬，查特征表取1250；
J——導(dǎo)向槽寬度，無鏈牽引時(shí)尚有齒軌部分寬度，取 350mm；
V——電纜槽寬。參數(shù)查不到時(shí)可估算V=350～450mm；
——超前移架時(shí)取截深，取800mm；
H——采高，3.5m；
——立柱傾角,20；
——梁端距，取450mm；
——由結(jié)構(gòu)而定，考慮支架穩(wěn)定性和減少底
座前端的比壓。＞ 300mm取450mm；
——通常=0.9～1.2m，在中厚煤層中可設(shè)
置為人行道取1.1m；
——由結(jié)構(gòu)而定，一般情況為300～500 mm；
取500mm。
計(jì)算得頂梁全長(zhǎng):
L=b1+b2+b3=150+250+1250+350+400+800+450-3.5tan20-450+1100+500=4798.7mm。
本次設(shè)計(jì)選用的配套采煤機(jī)為 MG400/985-WD由于采煤機(jī)所采最大高度為3.7m。
3.2.2 頂梁寬度
由于取中心距為1.5m，有活動(dòng)側(cè)護(hù)板頂梁寬度取值范圍為1.41.6m，本次設(shè)計(jì)取支架頂梁的最小寬度為1430mm,最大寬度為1600mm,選取雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板，亦即頂梁側(cè)護(hù)板側(cè)推千斤頂?shù)男谐倘?70mm。
頂梁寬度根據(jù)支架間距和架型來定，架間間隙為0.2m左右。其中寬面頂梁一般為1.2～1.5m。
這里取頂梁寬度為： 1380mm（不包括活動(dòng)側(cè)護(hù)板）。
3.2.3 頂梁覆蓋率
頂板覆蓋率按下式計(jì)算：
（3-7）
式中：
——頂梁覆蓋率；
——頂梁寬度（包括側(cè)護(hù)板伸出寬度），mm；
——頂梁總長(zhǎng)度，mm；
——梁端距，mm；
——相鄰頂梁間間隙。
對(duì)于穩(wěn)定頂板覆蓋率δ值要求為60～70%，對(duì)于中等穩(wěn)定頂板覆蓋率δ值要求為75～85%，對(duì)于破碎頂板，覆蓋率δ指應(yīng)達(dá)到85～95%。
此設(shè)計(jì)的頂梁覆蓋率：
3.2.4支護(hù)強(qiáng)度和工作阻力
支架有效工作阻力與支護(hù)面積之比定義為支護(hù)強(qiáng)度。頂梁所需的支護(hù)強(qiáng)度取決于頂板的等級(jí)和煤層的厚度。我國已制定了不同頂板等級(jí)的支護(hù)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，支護(hù)強(qiáng)度除可按規(guī)定選用外，還可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算。
（3-8）
式中：K——作用于支架上的頂板巖石密度系數(shù)，一般取5-8，取8；
M——采高，3.7m；
ρ——巖石密度，一般取
代入（3-8）得
支架支撐頂板的有效工作阻力為
（3-9）
（3-10）
式中，F(xiàn)——支護(hù)面積，；
L——支護(hù)頂梁長(zhǎng)度，m；
C——梁端距，m；
B——支架頂梁寬度，m；
K——架間距，m。
代入公式得：
有效工作阻力與支架立柱工作阻力之和的比值，稱為支架的支撐效率η。支撐掩護(hù)式支架由于頂梁和掩護(hù)梁交接，立柱斜撐，初選支架時(shí)可取80％左右。
所以本次所選的放頂煤液壓支架的型號(hào)為ZF7000/20/40。
3.3立柱位置的確定
3.3.1 支架立柱數(shù)的確定
立柱是支架的承壓構(gòu)件，他長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外還必須有足夠的抗壓、護(hù)彎強(qiáng)度良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，并能適應(yīng)支架的工作要求。
目前國內(nèi)支撐式液壓支架立柱數(shù)為2～6根，常用為4根；掩護(hù)式液壓支架為2根；支撐掩護(hù)式液壓支架為4根。本次設(shè)計(jì)考慮設(shè)計(jì)任務(wù)書給定的條件查支護(hù)手冊(cè)，選定支護(hù)方式為支撐掩護(hù)式，故立柱數(shù)目為4
3.3.2 支撐方式
本設(shè)計(jì)為支撐掩護(hù)式液壓支架，立柱根據(jù)結(jié)構(gòu)的要求呈傾斜或垂直布置，一般立柱與頂梁垂線的夾角小于,夾角越小,有效支撐能力就越大。所以本次設(shè)計(jì)前排立柱取,后排立柱垂直布置。
3.3.3 立柱間距
立柱間距指對(duì)支撐式和支撐掩護(hù)式支架而言前、后柱的間距。立柱間距的選擇原則為：有利于操作、行人和部件合理布置。支撐式支架和支撐掩護(hù)式支架的立柱間距為1～1.5m。本支架立柱間距選1.1m。
3.3.4 立柱柱窩位置的確定
(1)對(duì)于支撐掩護(hù)式液壓支架的柱窩位置確定，根據(jù)支撐力分布與頂板載荷相一致的原則，通過受力分析計(jì)算，確定柱窩合力作用點(diǎn)位置。
(2)根據(jù)前后連桿間行人的要求，對(duì)支撐掩護(hù)式液壓支架還要考慮立柱傾角的要求，分配前，后柱窩位置。
本章對(duì)放頂煤液壓支架的頂梁、掩護(hù)梁、底座的長(zhǎng)度寬度，立柱位置及其間距進(jìn)行了確定。
4 液壓支架的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1 頂梁
頂梁是工作面頂板直接接觸的部件，除要滿足一定的剛度和強(qiáng)度要求外，還要保證支護(hù)頂板的需要，如：足夠的頂板覆蓋率；同時(shí)要適應(yīng)頂板的不平整性，避免因局部應(yīng)力而引起損壞。
頂梁在支護(hù)過程中所起到的作用：
(1)支撐、維護(hù)和覆蓋頂板，為采煤工作面提供安全足夠的工作空間；
(2)將立柱的支撐力傳至頂板，并合理地進(jìn)行分布，對(duì)接近采空區(qū)的支架后部的頂板起切頂作用，對(duì)無立柱空間的頂板起到支撐作用；
(3)為護(hù)幫、防倒防滑裝置等提供依托；
(4)將頂板載荷通過立柱和底座傳至底板。
支架常用頂梁形式有3種：整體頂梁、鉸接頂梁和楔形結(jié)構(gòu)頂梁。本次設(shè)計(jì)選用較接式頂梁，鉸接式頂梁在前梁千斤頂?shù)耐评?，前梁可以上下擺動(dòng)，對(duì)不平頂板的適應(yīng)性強(qiáng)。運(yùn)輸時(shí)可以將前梁放下與頂梁垂直，以減小運(yùn)輸尺寸。前梁千斤頂必須有足夠的支撐力和連接強(qiáng)度，前梁上不宜設(shè)置側(cè)護(hù)板。為順利移架，前梁間一般要留有100～150mm間隙，從而增加了破碎頂板漏矸的可能性。本次設(shè)計(jì)的液壓支架為了適應(yīng)復(fù)雜的頂板情況，所以采用鉸接式頂梁。
圖4-1-1(a)掩護(hù)式支架整體頂梁 圖4-1-1(b)支撐掩護(hù)式剛性整體頂梁
Fig 4-1-1 (a) type of shield support Fig 4-1-1 (b) screeningtype rigid type
圖4-1-1（c）鉸接式頂梁結(jié)構(gòu)
Fig 4-1-1 (c) articulated beam structure
4.2 立柱
立柱是支架的承壓構(gòu)件，它長(zhǎng)期處于高壓受力狀態(tài)，它除應(yīng)具有合理的工作阻力和可靠的工作特性外，還必須有足夠的抗壓、抗彎強(qiáng)度，良好的密封性能，結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，并能適應(yīng)支架的工作要求。
立柱按動(dòng)作方式，可分為單作用和雙作用；按支架種類，可分為活塞式和活柱式；按伸縮方式，可分為單伸縮和雙伸縮。本次設(shè)計(jì)采用單伸縮機(jī)械加長(zhǎng)立柱。
圖4-2單伸縮式機(jī)械加長(zhǎng)立柱
Fig 4-2 The column of single telescopic mechanical extension
立柱結(jié)構(gòu)由缸體、缸口、活塞和活塞桿等幾部件組成。
立柱的承壓部件是缸體。一般選用27SiMn的無縫鋼管制造。缸體內(nèi)表面要求很高的加工精度，充當(dāng)活塞的密封表面。
立柱傳遞機(jī)械力的重要零件是活柱和活塞桿，必須耐磨和耐腐蝕，要能承受壓力和彎曲等載荷作用，可用45號(hào)鋼或27SiMn制成。表面要鍍鉻，并要注意保護(hù)，防止外部硬傷以防止在礦井條件下表面生銹和腐蝕，。
缸口在導(dǎo)向套外側(cè)裝有鋼絲擋圈，內(nèi)側(cè)裝有密封圈和防塵圈用以固定。這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸方便，這種固定方式使用較多。但要求活塞桿外徑與缸體內(nèi)徑之間有比較大的空間。
用來固定鋼絲和鋼絲擋圈的連接方式，不能耐高壓。在密封液體壓力較高時(shí)，采用半圓環(huán)結(jié)構(gòu)連接方式。
立柱工作原理：
當(dāng)高壓液進(jìn)入中缸的下腔，上腔回液，使中缸伸出。中缸全部伸出后，中缸下腔的壓力增大，當(dāng)超過底閥彈簧調(diào)整壓力值時(shí)，底閥打開，然后高壓液進(jìn)入上柱的下腔，上柱液經(jīng)中缸的上部小孔排出，使上柱伸起，這為伸柱過程；當(dāng)降柱時(shí)，高壓液進(jìn)入中缸的上腔，下腔回液，中缸下降，中缸下降到底時(shí)，底閥被缸底頂開，并且中缸上孔正對(duì)上立柱上部的進(jìn)液孔，立柱上部的進(jìn)液孔經(jīng)中缸小孔進(jìn)入上腔的上部，下腔液通過底閥從立柱的下部回液孔回液，上柱下降。
4.3掩護(hù)梁
掩護(hù)梁是掩護(hù)式和支撐掩護(hù)式支架的掩護(hù)構(gòu)件，除防止采空區(qū)冒落矸石涌入工作面外，并承受冒落矸石的壓力和頂梁分解的水平力。掩護(hù)梁采用整體箱形鋼板焊接結(jié)構(gòu)，在掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部焊有與前后連桿鉸接的耳座。充分考慮了大采高支架復(fù)雜的三維空間受力，以及垮落頂板對(duì)梁體可能造成的沖擊破壞，安全系數(shù)大，強(qiáng)度高。配置單向活動(dòng)側(cè)護(hù)板，減少架間漏矸和防止大采高支架橫向傾倒。掩護(hù)梁上端與頂梁鉸接，下部與前、后連桿或直接與底座鉸接?；顒?dòng)側(cè)護(hù)板裝在掩護(hù)梁的一側(cè)。低位放頂煤液壓支架的掩護(hù)梁還要連接支架的尾梁與插板，安裝尾梁千斤頂。
4.4 四連桿機(jī)構(gòu)
4.4.1 四連桿機(jī)構(gòu)的作用
1 通過四連桿機(jī)構(gòu)，使支架頂梁端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近似雙曲線，從而使支架頂梁前端的端頭離煤壁距離大大減小，提高了管理頂板的性能。
2 能承受較大的水平力。
4.4.2四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征
1 支架從最高高度降到最低高度時(shí)，頂梁端點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡的最大寬度最好為30mm以下。
2 支架在最高位置時(shí)和最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的夾角P和后連桿與底平面的夾角Q，應(yīng)滿足以下要求：
支架在最高位置時(shí)，~，～；支架在最低位置時(shí)，考慮矸石便于下滑，以防矸石停留在掩護(hù)梁上，根據(jù)物理學(xué)摩擦理論可知，,如果按鋼和矸石的摩擦系數(shù)為,即：,求得；為了安全可靠在最低工作位置時(shí)，應(yīng)使為宜，而Q角主要考慮掩護(hù)梁底部距底板要有一定的距離，防止支架后部冒落的巖石卡住后連桿，使支架不能降下來，一般取，在特殊情況下需要角度較小時(shí)，可提高后連桿下鉸點(diǎn)的高度。
4.4.3用幾何作圖法來設(shè)計(jì)四連桿機(jī)構(gòu)
設(shè)計(jì)步驟：
1.確定掩護(hù)梁上絞點(diǎn)與頂梁頂面之距和后連桿下鉸點(diǎn)與底座底面之距
掩護(hù)梁上絞點(diǎn)與頂梁頂面之距根據(jù)支架最大高度確定,一般支架取150～200mm，重型支架取210～260mm。本文取250mm。
后連桿下鉸點(diǎn)與底座底面之距根據(jù)支架最小高度確定，薄煤層支架取150～250mm，中厚煤層支架取250～450mm、大采高支架取450～600mm。本文取450mm。
2.掩護(hù)梁和后連桿長(zhǎng)度確定
首先用解析法確定掩護(hù)梁和后連桿的長(zhǎng)度，如圖4-1所示。
圖中：
——掩護(hù)梁長(zhǎng)度；
——后連桿長(zhǎng)度；
——過E1點(diǎn)的垂直線到后連桿下鉸點(diǎn)之距；
——支架最高位置時(shí)的計(jì)算高度；
4000-700=3300mm
——支架最低位置時(shí)的計(jì)算高度；
2000-700=1300mm
從幾何關(guān)系可以列出:
(4-1)
(4-2)
Y由（4-1）、（4-2）聯(lián)立解得：
(4-3)
按四連桿機(jī)構(gòu)的幾何特征所要求的角度，選定：
圖4-1 掩護(hù)梁和后連桿計(jì)算示意圖
Fig. 4-1 diagram of the shield beam and the rear connecting rod
將數(shù)據(jù)代入（4-3）得：
支架在最高位置時(shí)的值為：
(4-4)
因此掩護(hù)梁的長(zhǎng)度為：
?。篖= mm
后連桿長(zhǎng)度為：
一般，
故?。簃m
根據(jù)掩護(hù)梁長(zhǎng)度和后連桿長(zhǎng)度重新計(jì)算出：
圖4-2 液壓支架四連桿機(jī)構(gòu)幾何關(guān)系圖
Fig 4-2 hydraulic bracket four link mechanism geometry diagram
3.幾何作圖法作圖過程
作圖步驟如下：
(1) 確定后連桿下鉸點(diǎn)O點(diǎn)的位置，使它大體比底座略高，一般為200～250mm，考慮太低安裝銷子困難，太高底座又笨重。根據(jù)支架結(jié)構(gòu)取450mm。
(2) 過O點(diǎn)作水平線H－H線與底座相平行。
(3) 過O點(diǎn)作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。
(4) 以O(shè)點(diǎn)為圓心，以L1為半徑作圓，與該直線相交于點(diǎn)，即為后連桿與掩護(hù)梁的上鉸點(diǎn)。
(5) 過點(diǎn)作一條直線與水平線H－H線相交其交角為。
(6) 以點(diǎn)為圓心，以L為半徑作圓，與該直線相交于點(diǎn)，即為掩護(hù)梁、與頂梁的鉸點(diǎn)。
(7) 過點(diǎn)作一條直線與水平線H－H平行的F－F直線，則H－H線與F－F線的距離為h1，即為液壓支架最高位置的計(jì)算高度。
(8) 以點(diǎn)為圓心，以0.25倍的L為半徑作圓，即為前連桿的上鉸點(diǎn)。
(9) 過點(diǎn)作F－F線的垂線。假設(shè)在液壓支架升降過程中，點(diǎn)近似在此直線上滑動(dòng)。
(10) 在垂線上作液壓支架在最低位置時(shí)，頂梁與掩護(hù)梁的鉸點(diǎn)為。
(11) 取中點(diǎn)為點(diǎn)，為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與頂梁的鉸點(diǎn)。
(12) 以O(shè)點(diǎn)為圓心，以為半徑作圓弧。
(13) 以點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng)L為半徑作圓，與圓弧相交于點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在降到中間位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。
(14) 以點(diǎn)為圓心，以掩護(hù)梁長(zhǎng)L為半徑作圓，與圓弧相交于A2點(diǎn)，此點(diǎn)為液壓支架在最高位置時(shí)，掩護(hù)梁與后連桿的鉸點(diǎn)。
(15) 以點(diǎn)為圓心，以0.25倍的L為半徑作圓，與相交于點(diǎn)。以點(diǎn)為圓心，以0.25倍的L為半徑作圓，與相交于B2點(diǎn)。即、、三個(gè)點(diǎn)為液壓支架在三個(gè)位置時(shí)的前連桿的上鉸點(diǎn)。
(16) 連接O、O，為液壓支架降到中間位置和最低位置時(shí)，后連桿的位置。
(17) 分別作和的垂直平分線交于C點(diǎn)，即為前連桿的下鉸點(diǎn)，C為前連桿的長(zhǎng)度。
(18) 過點(diǎn)C向H－H線作垂線，交于D點(diǎn)。則O、、C、CD為液支架的的四連桿機(jī)構(gòu)。
最終確定四連桿機(jī)構(gòu)的各項(xiàng)尺寸為：
O =1289mm =586mm
C =1345mm CD =600mm
4.5 底座
液壓支架的底座常用形勢(shì)有3種，即整體式剛性底座、低分式剛性底座和鉸接式分體底座。通過比較和對(duì)本次設(shè)計(jì)任務(wù)的環(huán)境適應(yīng)性分析，最終決定本次設(shè)計(jì)采用整體式剛性底座，它的整體性剛度和強(qiáng)度好，底座接觸面積大，有利于減小對(duì)底板的比壓。
（1）．整體剛性底座
整體剛性底座如圖4-5-1所示，中擋前部一般有一高度50～100mm小箱形結(jié)構(gòu)，中擋的后部上方為箱形結(jié)構(gòu)，推移千斤頂一般安裝在箱形體之下。整體剛性底座的整體剛度和強(qiáng)度好。整體剛性底座立柱柱窩的一般要設(shè)計(jì)一過橋．以提高底座的抗扭能力和整體剛性。底座的接底面積大，有利于減小對(duì)底板的比壓，但中擋推移機(jī)構(gòu)處易積存浮碎矸，清理較困難，一般用于軟底板條件下工作面支面支架。
圖4-5-1 整體剛性底座
Fig 4-5-1 overall rigid base
4.6側(cè)護(hù)板
頂梁側(cè)護(hù)板裝置一般由側(cè)護(hù)板、彈簧套筒、側(cè)護(hù)板千斤頂、導(dǎo)向套和連接銷軸等組成。支架常用的活動(dòng)側(cè)護(hù)板形式有3種，即直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板、直角式雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板和折頁式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板。結(jié)合本次設(shè)計(jì)的需求，選擇直角式雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板。
側(cè)護(hù)板有以下功能：
1、 擋矸?？筛纳祈斄号c掩護(hù)梁的防矸、護(hù)頂性能，隔離與采空區(qū)控頂區(qū)、防止冒落矸石竄入工作面，減少冒矸形成的粉塵。
2、 導(dǎo)向。起導(dǎo)向作用在支架移架時(shí)。
3、 防倒、調(diào)架。其上設(shè)置的彈簧與千斤頂都起防倒與調(diào)架作用，活動(dòng)側(cè)護(hù)板增強(qiáng)了支架側(cè)向穩(wěn)定性。
支架常用的活動(dòng)側(cè)護(hù)板形式有3種，即直角式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板、直角式雙側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板和折頁式單側(cè)活動(dòng)側(cè)護(hù)板。
圖4-6-1直角式雙側(cè)可調(diào)的活動(dòng)側(cè)護(hù)板
Fig 4-6-1 active side guard plate with right angle type
4.7 千斤頂
根據(jù)放頂煤液壓支架的液壓系統(tǒng)圖來選擇各個(gè)千斤頂內(nèi)/外徑
4.7.1 推移千斤頂
推移千斤頂按連接方式分有直接連接方式、浮動(dòng)活塞式和框架連接方式。
（1）直接連接式推移千斤頂?shù)奶攸c(diǎn)：千斤頂結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但移架力小于推移力，一般用于支撐式液壓支架。
（2）浮動(dòng)活塞式推移千斤頂?shù)奶攸c(diǎn)；移架力大于推溜力；多采用浮動(dòng)活塞千斤頂，減小推溜力；用推桿作導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向性能好、抗彎強(qiáng)度高；通過推桿，千斤頂分別與支架、輸送機(jī)相連；千斤頂與推桿位于同一軸線，受力較好，但裝置的總長(zhǎng)度加大。
（3）框架連接式推移千斤頂?shù)奶攸c(diǎn)：移架力大于推溜力，可用于掩護(hù)式及支撐掩護(hù)式。
根據(jù)千斤頂?shù)倪m用性選取框架式推移千斤頂作為本次設(shè)計(jì)的推移千斤頂。
4.7.2 平衡千斤頂
平衡千斤頂為雙作用缸。
平衡千斤頂鉸結(jié)在掩護(hù)梁和頂梁之間使掩護(hù)式支架構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；調(diào)節(jié)頂梁成所需要的角度或水平狀態(tài)，使相鄰支架保持良好的密封狀態(tài)，利用雙向控制閥，使平衡千斤頂呈拉力或推力，適應(yīng)頂板載荷的變化。
4.7.3 側(cè)推千斤頂
側(cè)推千斤頂?shù)幕钊麠U固定于活動(dòng)側(cè)護(hù)板上，缸體固定于固定側(cè)護(hù)板上。側(cè)推千斤頂?shù)陌惭b位置有如下幾種：
（1）一側(cè)為活動(dòng)側(cè)護(hù)板，另一側(cè)為固定側(cè)護(hù)板時(shí)，在固定側(cè)護(hù)板一側(cè)的圓筒內(nèi)裝有固定筒，千斤頂裝在筒內(nèi)，其它不變，也可免去另開窗口，保證掩護(hù)梁和頂梁的強(qiáng)度，但不利于安裝和檢修。
安裝在掩護(hù)梁和頂梁結(jié)構(gòu)的下面，避免在掩護(hù)梁和頂梁上開窗口，加強(qiáng)了掩護(hù)梁和頂梁的強(qiáng)度，但影響支架的有效空間。
在掩護(hù)梁和頂梁下面另開窗口，把側(cè)推千斤頂裝在窗口內(nèi)，便于檢修和安裝。為使活動(dòng)側(cè)護(hù)板與活塞桿相連，改換工作面的時(shí)侯，側(cè)推千斤頂需要調(diào)轉(zhuǎn)180○。
該支架設(shè)計(jì)時(shí)選用了（1）中的側(cè)頭千斤頂安裝方式
側(cè)推千斤頂?shù)募夹g(shù)參數(shù)如下：
行程：200mm；缸體內(nèi)徑：63mm；活動(dòng)桿直徑：45mm。
側(cè)推千斤頂其它參數(shù)見計(jì)算部分，具體安裝位置見圖紙。
4.7.4.前梁千斤頂
前梁千斤頂?shù)母左w使用圓銷固定在主梁耳座上，活塞桿與前梁相連。前梁千斤頂活塞腔液路上，裝有安全閥和液控單向閥，保證前梁的工作阻力與初撐力。前梁有挑梁式和升縮前梁兩種，挑梁能使前梁上下擺動(dòng)，加大前梁端部的支撐力；升縮前梁可及時(shí)支護(hù)。
4.7.5．護(hù)邦千斤頂
護(hù)邦千斤頂?shù)母左w使用銷軸固定在前梁上，活塞桿固定在護(hù)邦板。千斤頂伸出時(shí)，護(hù)邦板支撐于煤壁。在千斤頂?shù)幕钊灰郝飞嫌靡呵粏蜗蜷y鎖緊，加安全閥進(jìn)行保護(hù)。千斤頂縮回時(shí)，由于千斤頂活塞桿腔沒有液控單向閥鎖緊，于是在前梁上加加一個(gè)彈簧機(jī)械鎖。
4.7.6 后推移輸送機(jī)千斤頂
后推移千斤頂主要用于放頂煤開采后輸送機(jī)的調(diào)整，跟推移千斤頂類似，只是不需要較大的拉架力。
表4-7-1推移千斤頂參數(shù)
Table 4-7-1 Jack parameters
型式
反拉框架式
缸徑/柱徑
160/105mm
推力/拉力
386/265kN
行程
700mm
表4-7-2側(cè)推千斤頂參數(shù)
Table 4-7-2 push jack parameters
型式
雙側(cè)直角式活動(dòng)側(cè)護(hù)板
缸徑/柱徑
63/45mm
推力/拉力
98/48kN
行程
170mm
表4-7-3護(hù)幫千斤頂參數(shù)
Table 4-7-3 parameters for protecting the jack
型式
雙作用單伸縮
缸徑/柱徑
100/70mm
推力/拉力
158/108kN
行程
400mm
表4-7-4尾梁擺動(dòng)千斤頂參數(shù)
Table 4-7-4 parameters of the swing jack of the tail beam
型式
雙作用單伸縮
缸徑/柱徑
160/105mm
推力/拉力
245/158kN
行程
400mm
表4-7-5插板千斤頂參數(shù)
Table 4-7-5 Jack parameters
型式
雙作用單伸縮
缸徑/柱徑
63/45mm
推力/拉力
158/108kN
表4-7-6拉后溜千斤頂
Table 4-7-6 pull back Jack
行程
300mm
型式
雙作用單伸縮
缸徑/柱徑
160/105mm
推力/拉力
386/265kN
表4-7-7前梁千斤頂參數(shù)
Table 4-7-7 front beam jack parameters
行程
800
型式
雙作用單伸縮
缸徑/柱徑
160/105mm
推力/拉力
386/265
行程
140
4.8 放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
現(xiàn)有低位放頂煤液壓支架的放煤機(jī)構(gòu)主要是以插板的形式放煤，其中有兩種比較普遍，一種是以整個(gè)掩護(hù)梁為為插板形式，另一種是一種是在掩護(hù)梁上鉸接一個(gè)插板的形式。由于這兩種放煤機(jī)夠都有自己配套的支架結(jié)構(gòu)形式，本次設(shè)計(jì)采用了支撐掩護(hù)式液壓支架的結(jié)構(gòu)，因此這里設(shè)計(jì)成在掩護(hù)梁后鉸接一個(gè)插板的放煤結(jié)構(gòu)。
插板由插板千斤頂與掩護(hù)梁梁相連，與掩護(hù)梁鉸接，是實(shí)現(xiàn)放頂煤的直接部件，其主要作用有：?
1．收回插板實(shí)現(xiàn)放頂煤；?
2．伸出插板阻擋矸石進(jìn)入后部運(yùn)輸機(jī)；?
3．當(dāng)有大塊煤落下時(shí)，利用插板尖齒可將塊煤破碎。?
本支架插板是由鋼板拼焊的等斷面結(jié)構(gòu)，插板千斤頂耳座放在插板內(nèi)部，在插板下部開以窗口方便插板千斤頂?shù)陌惭b。同時(shí)在插板下部外表面焊接有耳座，用于連接插板擺動(dòng)千斤頂，以實(shí)現(xiàn)插板的擺動(dòng)，有利于放煤。整個(gè)插板的具體形式見裝配圖。
4.8.2后四連桿結(jié)構(gòu)的放煤機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
在該支架后部由前后連桿、掩護(hù)梁、尾梁和底座形成工作空間，用以布置后輸送機(jī)和放煤。尾梁及其千斤頂組成放煤機(jī)構(gòu)，能夠操縱鉸接在掩護(hù)梁上的尾梁千斤頂，使尾梁向上轉(zhuǎn)動(dòng)擋矸或松動(dòng)頂煤。向下轉(zhuǎn)動(dòng)尾梁時(shí)收回插板進(jìn)行放煤，可反復(fù)多次進(jìn)行放煤。這種架型穩(wěn)定性好，操作方便，放煤口大，利于放煤。
尾梁由尾梁體、插板千斤頂、插板、側(cè)護(hù)板及其千斤頂組成。尾梁體和插板均為焊接箱體結(jié)構(gòu)，插板千斤頂控制插板在尾梁的導(dǎo)軌上滑動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)伸縮。插板千斤頂?shù)男谐虘?yīng)滿足擋矸要求，尾梁長(zhǎng)度的確定應(yīng)滿足工作空間的要求，插板應(yīng)盡可能加寬以減小架間間隙，如圖4-8-1。
圖4-8-1 后四連桿結(jié)構(gòu)的小插板放煤機(jī)構(gòu)
Fig 4-8-1 after four link structure of small plate coal mechanism
本章通過對(duì)各部件各種類型的分析，確定各個(gè)部件的結(jié)構(gòu)形式，并確定四連桿機(jī)構(gòu)的最高最低位置頂梁與掩護(hù)梁、后連桿和底座的角度。
5 液壓支架參數(shù)的確定
5.1液壓支架基本技術(shù)參數(shù)的確定
5.1.1支護(hù)強(qiáng)度
支護(hù)強(qiáng)度是指支架對(duì)單位面積頂板提供的工作阻力。
(5-1)
式中 ——支架總工作阻力，N；
——支護(hù)效率；本次設(shè)計(jì)取支護(hù)效率為0.8
因此架的支護(hù)面積，m2。
（5-2）
式中 —— 支架頂梁長(zhǎng)度，mm；
—— 梁端距，mm；
—— 支架頂梁寬度，mm；
—— 相鄰支架頂梁間隙，mm。
將數(shù)據(jù)代入（5-1）式得：
MPa
5.1.2初撐力
初撐力大小對(duì)支架的支護(hù)性能和成本都有很大的影響。較大的初撐力能使支架較快達(dá)到工作阻力，減緩頂板的早期下沉速度，增加頂板的穩(wěn)定性。但對(duì)乳化液和液壓元件的耐壓要求提高。一般取初撐力為倍的工作阻力。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求：初撐力 = 0.8工作阻力 =kN
5.1.3 移架力和推溜力
移架力和推溜力都是有推移千斤頂來決定的，所以要正確地選擇推移千斤頂，一般而言，移架力與支架結(jié)構(gòu)、質(zhì)量、煤層厚度、頂板性質(zhì)有關(guān)。一般薄煤層支架的移架力為100～150 kN；中厚煤層支架為150～300 kN；厚煤層支架為300～400 kN。推溜力一般為100～150 kN。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求：取移架力為350kN，推溜力為150kN。
5.1.4 支柱及相關(guān)液壓系統(tǒng)參數(shù)確定
圖5-1液壓系統(tǒng)圖
Fig 5-1 hydraulic system diagram
1.確定立柱參數(shù)
立柱的缸體內(nèi)徑按下式進(jìn)行計(jì)算：
（5-3）
式中：
——立柱缸體內(nèi)勁，mm
——支架承受的理論支護(hù)阻力，kN
——每架支架立柱數(shù)；
——安全閥的正壓力，MPa
——立柱最大傾角。
本支架中，=7000kN，=4，=50MPa， = 10°
將數(shù)據(jù)代入（5-3）式得：
取：
支架立柱的壁厚（mm）一般為,即中等壁厚，按下式計(jì)算：
（5-4）
式中：
——缸內(nèi)工作壓力，
——單個(gè)立柱的工作阻力，取
則：
——考慮管壁公差及腐蝕的附加厚度，一般取2mm；
——強(qiáng)度系數(shù)，無縫鋼管??；
——缸體材料許用應(yīng)力，MPa，缸體選用， 980MPa；
——立柱缸體